Строение и синтез комплексов палладия с галогенсодержащими анионами

Палладий является химическим элементом, который представляет собой пластичный минерал, имеющий серебристо-белый цвет. Он отнесен к виду драгоценных металлов платиновой группы.

Впервые палладий был открыт в XIX веке. Обнаружил химический элемент химик Вильям Волластон (Великобритания). В процессе опытов ученый извлек его из платиновой руды.

По своей природе минерал выгодно отличается от прочих драгметаллов низким показателем плотности и химической инертностью. Благодаря последнему свойству он не взаимодействует с другими элементами и не окисляется. Исключениями являются кремний, бор, сера, хром, с ними палладий образует химические соединения. Также кристаллы металла растворяются в «царской водке» (это смесь двух кислот серной и азотной).

Актуальность. Комплексы палладия нашли свое применение в качестве катализаторов химических процессов. Комплексные соединения палладия с анионами типа [PdHal3(dmso–S)]– Hal = Cl, Br описаны в литературе [1-11], однако подобные комплексы с анионами, содержащими координированные молекулы диэтилсульфоксида структурно не охарактеризованы. Известны единичные примеры комплексов платины (II) с анионом [PtHal3L]–, где L–S-координированные молекулы сульфоксидов, отличные от диметилсульфоксида, такие как L – диэтилсульфоксид, Hal = Cl [12], Br [13]; L – ди-n-пропилсульфоксид, Hal = Cl, Br; L – тетраметиленсульфоксид, Hal = Cl [14]. Единственный структурно охарактеризованный нейтральный комплекс платины с S-координированными молекулами диэтилсульфоксида – [Pt(Et2SO-S)(μ-Cl)Cl]2 был получен в результате термолиза комплекса cis-[Pt(Et2SO-S)(R′CN)Cl2]R′ = Me, CH2Ph, протекающего с элиминированием молекулы нитрила и последующей димеризацией [15].

Целью работы является изучение строения и синтез комплексов палладия с галогенсодержащими анионами.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

проанализировать научные публикации, посвященные проблеме исследования;

провести реакции бромида палладия с бромидом метилтрифенилфосфония в диметилсульфоксиде и дибромидом гексаметилен-бис-трифенилфосфония в диэтилсульфоксиде;

синтезировать комплексы [Ph3PMe]+[PdBr3(dmso-S)]– и [Ph3P(CH2)6PPh3]2+[PdBr3(Et2SO-S)]–2;

установить структуры синтезированных соединений методами рентгеноструктурного анализа и инфракрасной спектроскопии.

Hazell, A. Mono-, di- and poly-nuclear transition-metal complexes of a bis(tridentate) ligand: towards p-phenylenediamine-bridged co-ordination polymers / A. Hazell, C.J. McKenzie, L.P. Nielsen // J. Chem. Soc., Dalton Trans. – 1998. – P. 1751–1756. DOI: 10.1039/A800602D.

Palladium complexes with pyrimidine-functionalized n-heterocyclic carbene ligands: synthesis, structure and catalytic activity / D. Meyer, M.A. Taige, A. Zeller et al. // Organometallics. – 2009. – V. 28, № 7. – P. 2142–2149. DOI: 10.1021/om8009238.

On the electronic impact of abnormal c4‐bonding in n‐heterocyclic carbene complexes / M. Heckenroth, A. Neels, M.G. Garnier et al. // Chem. Eur. J. – 2009. – V. 15, № 37. – P. 9375–9386. DOI: 10.1002/chem.200900249.

Шарутин, В.В. Синтез и строение комплекса палладия [Ph4P]+2[PdCl4]2– / В.В. Шарутин, В.С. Сенчурин, О.К. Шарутина // Бутлеровские сообщения. – 2011. – Т. 28, № 20. – С. 31–34.

N-Heterocyclic carbene copper(I), mercury(II) and silver(I) complexes containing durene linker: synthesis and structural studies / Q.-X. Liu, A.-H. Chen, X.-J. Zhao et al. // CrystEngComm. – 2011. – V. 13, № 1. – P. 293–305. DOI: 10.1039/C0CE00142B.

Синтез и строение комплекса палладия [Ph4Sb(DMSO)] [PdBr3(DMSO)] / В.В. Шарутин, В.С. Сенчурин, О.К. Шарутина и др. // Бутлеровские сообщения. – 2012. – Т. 29, № 2. – С. 26–30.

Особенности взаимодействия тетрабромопалладийводородной кислоты с бромидами тетраорганилфосфония в различных растворителях. Синтез и строение комплексов палладия: [Ph3(cyclo-C5H9)P]+2[Pd2Br6]2–, [Ph3BuP]+2[Pd2Br6]2–, [Ph3AmP]+2[Pd2Br6]2–, [Ph3(cyclo-C5H9)P]+[PdBr3(DMSO)]–, [Ph3BuP]+[PdBr3(DMSO)]– и [Ph3AmP]+[PdBr3(DMSO)]– / В.В. Шарутин, В.С. Сенчурин, О.К. Шарутина и др. // Бутлеровские сообщения. – 2012. – Т. 30, № 6. – С. 41–49.

Шарутин, В.В. Синтез и строение комплексов палладия [Ph3PhCH2P]+[PdCl3(dmso)]–∙dmso, [Ph4P]+[PdCl3(dmso)]– и [Ph4Sb(dmso)]+ [PdCl3(dmso)]– / В.В. Шарутин, В.С. Сенчурин, О.К. Шарутина // Журн. неорган. химии. – 2013. – Т. 58, № 5. – С. 616–620.

Consecutive modular ligation as an access route to palladium containing polymers / C. Lang, K. Pahnke, C. Kiefer et al. // Polym. Chem. – 2013. – V. 4, № 21. – P. 5456–5462. DOI: 10.1039/C3PY00648D.

Синтез и строение комплексов палладия: [Ph3(цикло-C3H5)P]+2[PdBr4]2–, [Ph3(цикло-С3Н5)P]+2[Pd2Br6]2–, [Ph3(цикло-С3Н5)P]+[PdBr3(dmso)]– / В.В. Шарутин, О.К. Шарутина, В.С. Сенчурин и др. // Коорд. химия. – 2015. – Т. 41, № 7. – С. 430–437.

Синтез и строение комплексов палладия [Ph3P(CH2)3PPh3][PdBr4], [Ph3P(CH2)3PPh3][Pd2Br6]∙DMF и [Ph3P(CH2)3PPh3][PdBr3(dmso-S)]2 / В.В. Шарутин, О.К. Шарутина, В.С. Сенчурин и др. // Журн. общ. химии. – 2017. – Т. 87, № 1. – С. 128–133.

Deoxygenation of coordinated sulfoxides and oxidation of the metal ion in thePt(II) complexes using HX (X = C1, Br): a convenient procedure for the preparation of thioether compounds of Pt(IV). X-ray structure of potassium trichloro(diethyl sulfoxide)platinate(II) / V.Yu. Kukushkin, V.K. Belsky, V.E. Konovalov et al. // Phosphorus, Sulfur, Silicon,Relat. Elem. – 1992. – V. 69, № 1–2. – P. 103–117. DOI: 10.1080/10426509208036859.

Belsky, V.K. Structure of potassium tribromo(diethyl sulfoxide)platinate(II) / V.K. Belsky, V.E. Konovalov, V.Yu. Kukushkin // Acta Cryst. – 1993. – V. 49. – P. 751–752. DOI: 10.1107/S0108270192008308.

Rochon, F.D. Multinuclear Magnetic Resonance Study of Pt(II) Compounds with sulfoxide ligands and crystal structures of complexes of the types [Pt(R2SO)X3]− and Pt(R2SO)2Cl2 / F.D. Rochon, C. Bensimon, C. Tessier // Inorg. Chim. Acta. – 2008. – V. 361, № 1. – P. 16–28. DOI: 10.1016/j.ica.2007.06.004.

Synthesis of halogen-bridged complexes [Pt(R2SO)(μ-X)X]2 by thermolysis of cis-[Pt(R2SO)(R′CN)X2]. X-ray structure of di-μ-chloro-dichlorobis(diethyl sulfoxide) diplatinum(II) / V.Yu. Kukushkin, V.K. Belsky, V.E. Konovalov et al. // Inorg. Chim. Acta. – 1991. – V. 183, № 1. – P. 57–63. DOI: 10.1016/S0020-1693(00)82995-3.

Salas, J.M. Synthesis, spectroscopic studies, and crystal structure of theophyllinium tetrabromopalladate(II) / J.M. Salas, E. Colacio, M.N. Moreno, J. Ruiz, T. Debaerdemaeker, J. Via, M.I. Arriortua // J. Crystallogr. Spectrosc. Res. – 1989. – V. № 2. – Р. 755.

Neve, F. Synthesis, structure, and thermotropic mesomorphism of layered Nalkylpyridinium tetrahalopalladate (II) salts / F. Neve, A. Crispini, S. Armentano, O. Francescangeli // Chem. Mater. – 1998. – V. 10. – Р. 1904–1913.

Gasanov, Kh.I. Cation-anion complexes of palladium(II) and platinum(II) with diand triethanolamines / Kh.I. Gasanov, D.I. Mirzai // Khimiya i Khimicheskaya Tekhnologiya. – 2000. – V. 43. – Р. 108–111.

Zhong, C. Bis(1-n-butyl-3-methylimidazolium) tetrabromopalladate(II) / C. Zhong, Y. Zuo, H. Jin, T. Wang, S. Liu // Acta Cryst. – 2006. – V. E62. – P. m2281–m2283.

Tusek-Bozic, L. Synthesis, characterization and antitumor activity of palladium(II) complexes of monoethyl 8-quinolylmethylphosphonate / L. Tusek-Bozic, M. Juribasic, P. Traldi, V. Scarcia, A. Furlani // Polyhedron. – 2008. – V. 27. – P. 1317–1328.

Barrios-Landeros, F. Autocatalytic oxidative addition of PhBr to Pd(PtBu3)2 via Pd(PtBu3)2(H)(Br) / F. Barrios-Landeros, B.P. Carrow, J.F. Hartwig // Journal of the American Chemical Society. – 2008. – V. 130, № 18. – P. 5842–5843.

Mantas-Oktem, K. Reactions of Nitrogen Donors with Cycloheptatrienylidene Complexes: Metal Coordination versus Nucleophilic Attack on the Carbene Ligand / K. Mantas-Oktem, K. Ofele, A. Pothig, B. Bechlars, W. Herrmann // Organometallics. – 2012. – V. 31. – P. 8249−8256.

Trivedi, M. New pentamethylene-bridged bis-imidazolium dication ligands and its palladium(II) complexes: Synthesis, characterization, and catalysis / M. Trivedi, R. Nagarajan, N.P. Rath, A. Kumar, K.C. Molloy // Inorganica Chimica Acta. – 2012. – V. 383. – P. 118–124.

Bardi, R. Reactivity of Functionalized Halo-derivatives with Transition Metal Complexes. Synthesis and X-Ray Diffraction Study of [Ph3P(CH2CH2COCH3)]+[PdCl3(PPh3)]– Obtained by Reaction of trans-[PdC12(PPh3)2] with CH3COCH2CH2Cl / R. Bardi, A.M. Piazzesi // Inorganica Chimica Acta. – 1983. – V. 75. – P. 15–19.

Kelly, P. A comparison of the coordination chemistry of Ph2SNH and Ph2SNCH2CH2CN: the preparation and X-ray crystal structures of [PPh4]PdBr3(Ph2SNCH2CH2CN)] and trans-[PdBr2SNCH2CH2CN)2], the first fully characterised complexes of a N-substituted sulfimide / P. Kelly, K.G. Parker, M.A. Rodiel, A.M. Slawin // J. Organomet. Chem. – 2001. – V. 623. – P. 120–123.

Huynh, H. Palladium(II) Complexes of a Sterically Bulky, Benzannulated NHeterocyclic Carbene with Unusual Intramolecular C-H…Pd and Ccarbene…Br Interactions and Their Catalytic Activities / H. Huynh, Y. Han, J. Ho, G. Tan // Organometallics. – 2006. – V. 25. – P. 3267–3274.

Berkei, M. Crystal Structure of Tetrabutylammonium Carbonyltribromoplatinate(II) [(C4H9)4N][PtBr3(CO)] / M. Berkei, J.F. Bickley, B. T. Heaton // Z. Naturforsch. – 2002. – V. 57b. – P. 610–614.

Hazell, A. Mono-, di- and poly-nuclear transition-metal complexes of a bis(tridentate) ligand: towards p-phenylenediamine-bridged co-ordination polymers / A. Hazell, C. McKenzie, L.P. Nielsen // J. Chem. Soc. Dalton Trans. – 1998. – V. 7. – P. 1751–1756.

Heckenroth, M. On the Electronic Impact of Abnormal C4-Bonding in N-Heterocyclic Carbene Complexes / M. Heckenroth, A. Neels, M.G. Garnier, P. Aebi, A. W. Ehlers, M. Albrecht // Chem. Eur. J. – 2009. – V. 15. – P. 9375–9386.

Liu, Q. N-Heterocyclic carbene copper(I), mercury(II) and silver(I) complexes containing durene linker: synthesis and structural studies / Q. Liu, A. Chen, X. Chen, Y. Zang, X. Wu, X. Wang // CrystEngComm. – 2011. – V. 13. – P. 293.

Lang, C. Consecutive modular ligation as an access route to palladium containing polymers / C. Lang, K. Pahnke, C. Kiefer, A. Goldmann, P. Roesky // Polym. Chem. – 2013. – V. 4. – P. 5456–5462.

Крол, И.А. Химия соединений палладия(II) и платины(II) / И.А. Крол, В.М. Агре, В.К. Трунов, Е.Г. Морозова // Журнал Неорганической Химии. – 1988. – Вып. 33. – С. 144.

Kelly, P. Investigations into the reaction of S4N4 with [PPh4]2[Pd2Cl6]. The X-ray crystal structures of [PPh4]2[Pd2(μ-S2N2)Cl6] and of [PPh4[Pd2(μ-S3N2)Cl4] / P. Kelly, A. Slawin, D. Williams, D. Woollins // Polyhedron. – 1991. – V. 10, № 19. – Р. 2337–2340.

Neumuller, B. Die Kristallstrukturen von [Et3PNAsPh3]2[Ag2Br4] und [Et3PNAsPh3]2[Pd2Br6] / B. Neumuller, S. Chitsaz, K. Dehnicke // Z. Anorg. Allg. Chem. – 2002. – V. 628. – P. 523–531.

Lassahn, P. Palladium(II) salts containing [PdCl4]2– and [Pd2Cl6]2– ions as precatalysts for the vinyl-polymerization of norbornene – evidence for the in situ formation of PdCl2 as the active species / P. Lassahn, V. Lozan, C. Janiak // Dalton Trans. – 2003. – V. 8. – P. 927–935.

Tonde, S. Isolation and characterization of an iodide bridged dimeric palladium complex in carbonylation of methanol / S. Tonde, A. Kelkar, M. Bhadbhade, R. Chaudhari // J. Organomet. Chem. – 2005. – V. 690. – P. 1677–1681.

Rimoldi, M. Unexpected Isomerism in "[Pd(2,9-dimethylphenanthroline)X2]" (X = Cl, Br, I) Complexes: a Neutral and an Ionic Forms Exist / M. Rimoldi, F. Ragaini, E. Gallo, F. Ferretti, P. Macchi, N. Casati // Dalton Trans. – 2012. – V. 41. – P. 3648–3654.

Arderne, C. Bis[(1,10’-biphenyl-2,2’-diyl)di-tert-butylphosphonium] di-μ- chlorido-bis[dichloridopalladate(II)] / C. Arderne, C. Holzapfel // Acta Cryst. – 2012. – V. E68. – P. m1247.

Naghipour, A. Synthesis, characterization and structural study of a phosphonium salt containing the [Pd2Br6]2– ion and its application as a novel, efficient and renewable heterogeneous catalyst for amination of aryl halides and the Stille cross-coupling reaction / A.Naghipour, A.Ghorbani-Choghamarani, F.Heidarizadi, B.Notash // Polyhedron. – 2015. – V. 105. – P. 18.

Ярыгина, Д.М. Синтез и строение комплексов палладия [Ph3PMe]+[PdBr3(DMSO)]– и [Ph3P(CH2)6PPh3]2+[PdBr3(Et2SO)]–2 / Д.М. Ярыгина, А.Е. Баталов, В.С. Сенчурин // Вестник ЮУрГУ. Серия «Химия». – 2018. – Т. 10, № 3. – С. 51–58.

Consistent van der waalsradii for the whole main group / M. Mantina, A.C. Chamberlin, R. Valeroet al. // J. Phys. Chem. A. – 2009. – V. 113, № 19. – P. 5806–5812.

Bruker. SMART and SAINT-Plus. Versions 5.0. Data collection and processing software for the SMART system. Bruker AXS Inc., Madison, Wisconsin, USA, 1998.

17. Bruker. SHELXTL/PC. Versions 5.10. An integrated system for solving, refining and displaying crystal structures from diffraction data. Bruker AXS Inc., Madison, Wisconsin, USA, 1998.

18. OLEX2: Complete structure solution, refinement and analysis program / O.V. Dolomanov, L.J. Bourhis, R.J. Gildea et al. // J. Appl. Cryst. – 2009. – V. 42. – P. 339–341. DOI: 10.1107/S0021889808042726.